Frontiers in Physiology

Introduction

Træningsintensitet og -volumen er forudsigere af præstation hos maratonløbere (Schmid et al., 2012). En daglig opgave i forbindelse med træning er at løbe ved en optimal intensitet for at fremkalde de ønskede fysiologiske tilpasninger, såsom øget hastighed ved anaerob tærskel og maksimal iltoptagelse (Lepers og Stapley, 2016). Hvis intensiteten er utilstrækkelig, mangler stimulus til disse tilpasninger. På den anden side, hvis intensiteten overstiger det optimale niveau, øges risikoen for overtræning (O’Connor, 2007). Det er derfor vigtigt at vurdere træningsintensiteten nøjagtigt, hvilket er baseret på objektive målinger såsom puls (HR), iltoptagelse og laktat og subjektive metoder såsom rate of perceived exertion (Foster et al., 2017). Når HR anvendes som et mål for intensitet, udtrykkes den normalt som en funktion af maksimal HR (HRmax) (Vesterinen et al., 2017).

HRmax kan måles ved hjælp af en gradueret træningstest (GXT) enten i et laboratorium eller i marken (Cleary et al., 2011; Nikolaidis, 2015). Indimellem er det imidlertid ikke ønskeligt at udføre en GXT (f.eks. for at undgå den træthed, der induceres af maksimal træningstest tæt på et løb, eller de dermed forbundne økonomiske omkostninger). I sådanne tilfælde er et alternativ at forudsige HRmax ud fra en aldersbaseret ligning under hensyntagen til det omvendt proportionale forhold mellem alder og HRmax. De mest anvendte formler er dem af Fox, Naughton og Haskell (Fox-HRmax = 220 – alder) (Fox et al., 1971) og af Tanaka, Monahan og Seals (Tanaka-HRmax = 208 – 0,7 × alder) (Tanaka et al., 2001). Disse ligninger er blevet undersøgt indgående i specifikke kategorier af voksne befolkningsgrupper såsom raske (Nes et al., 2012), stillesiddende (Sarzynski et al., 2013), overvægtige (Franckowiak et al., 2011) og atleter (Faff et al., 2007).

Mens de ovennævnte undersøgelser har behandlet mange spørgsmål med hensyn til validiteten af disse populære ligninger for HRmax, er der nogle aspekter, der kræver yderligere forskning. For eksempel er udholdenhedsatleter (f.eks. maratonløbere) og især masteratleter underrepræsenteret i denne forskning. En sammenligning af atleter og ikke-atleter havde afsløret lavere målt HRmax i den førstnævnte gruppe (Lester et al., 1968). I en nyere undersøgelse blev det vist, at atleter inden for hastigheds-/kraftsport havde lignende målt-HRmax som udholdenhedsatleter og begge havde lavere værdier end de utrænede (Kusy og Zielinski, 2012). Det fald i HRmax, der induceres af udholdenhedstræning, kan forklares ved ledsagende plasmavolumenudvidelse, forbedret baroreflexfunktion, ændring af sinoatrialknudens elektrofysiologi og nedsat antal og tæthed af beta-adrenerge receptorer (Zavorsky, 2000). Da deres målte HRmax varierer, er det rimeligt at antage, at den samme ligning for HRmax ikke kan passe hos både atleter og ikke-atleter. Denne forskel mellem atleter og ikke-atleter understreger behovet for yderligere at undersøge de populære forudsigelsesligninger i flere prøver af atleter. I betragtning af det stigende antal deltagere i maratonløb (Jokl et al., 2004) har viden om validiteten af de populære aldersbaserede ligninger praktisk anvendelse for et stort antal rekreative maratonløbere. Desuden er den aldersbaserede forudsigelse af HRmax af stor interesse for træningsfysiologer, når de administrerer en GXT, hvor det kan være nødvendigt at opnå en bestemt procentdel af den forudsagte HRmax for at betragte slutværdierne som maksimale (Schaun, 2017). Derfor var formålet med den foreliggende undersøgelse at undersøge gyldigheden af Fox-HRmax og Tanaka-HRmax i et stort udsnit af rekreative maratonløbere. Forskningshypotesen var, at disse ligninger, som var blevet udviklet hos ikke-atleter, ville overvurdere HRmax hos rekreative maratonløbere på grund af deres forventede lavere HRmax sammenlignet med ikke-atleter (Lester et al, 1968; Zavorsky, 2000; Kusy og Zielinski, 2012).

Materialer og metoder

Studie design og deltagere

Et hundredefirs femogfirs rekreative maratonløbere hovedsagelig fra Athen-området meldte sig frivilligt til at deltage i denne undersøgelse, som var blevet annonceret gennem populære websteder for udholdenhedsløbere. I løbet af september og oktober 2017 besøgte deltagerne laboratoriet, hvor de udførte en GXT på et løbebånd. Denne undersøgelse blev udført i overensstemmelse med anbefalingerne fra Institutional Review Board of Exercise Physiology Laboratory Nikaia med skriftligt informeret samtykke fra alle deltagere. Alle deltagere gav skriftligt informeret samtykke i overensstemmelse med Helsinki-erklæringen. Protokollen blev godkendt af Institutional Review Board of Exercise Physiology Laboratory Nikaia. En deltager trak sig ud af undersøgelsen i løbet af GXT, mens fire deltagere ikke opfyldte kriterierne for VO2max-niveauet, og deres data blev derfor udelukket fra den videre analyse. Derfor inkluderede vi 180 deltagere fra den oprindelige stikprøve. Med hensyn til deres idrætserfaring var medianen for antallet af gennemførte maratonløb tidligere 3, og interkvartilområdet var 2-6. Den personlige rekord var 4:09 ± 0:45 t:min.

Protokoler og udstyr

Anthropometri

Højde, kropsmasse og hudfolder blev målt med deltagerne i minimalt tøj og barfodet. Der blev anvendt en elektronisk vægt (HD-351; Tanita, Arlington Heights, IL, USA) til måling af kropsmasse (til nærmeste 0,1 kg), et bærbart stadiometer (SECA Leicester, UK) til måling af højde (0,001 m) og en skydelære (Harpenden, West Sussex, UK) til måling af hudfolder (0,2 mm). Kropsmasseindekset blev beregnet som kvotienten af kropsmasse (kg) til højde i kvadrat (m2), og kropsfedt (BF) blev estimeret ud fra hudfolder (Parizkova, 1978).

Graded Exercise Test

En modificeret version af Conconi-testen blev anvendt til at vurdere VO2max (Conconi et al., 1982). Kort fortalt udførte deltagerne efter 20 minutters opvarmning, herunder jogging- og strækøvelser, en GXT på et løbebånd med en +1% hældning. Den indledende hastighed blev sat til 8 km/t og blev øget hvert minut med 1 km/t indtil udmattelse (Chrismas et al., 2017). I de sene faser af testen blev deltagerne opmuntret kraftigt, så de ydede maksimal indsats. Målt HRmax blev defineret som den højeste værdi, der blev opnået i løbet af testen. HR blev registreret kontinuerligt under testen af Team2 Pro (Polar Electro Oy, Kempele, Finland). Minutventilation og VO2 blev registreret ved hjælp af en gasanalysator (Fitmate Pro, Cosmed, Rom, Italien). Den anaerobe tærskel blev identificeret ud fra den respiratoriske tærskel, dvs. forholdet mellem minutventilation og iltoptagelse. Plateau af VO2 (primært kriterium), blodlaktat, aldersbestemt HRmax og RPE (sekundært kriterium) blev anvendt som kriterier for VO2max (Howley et al., 1995). Ønsket RPE var ≥8 på Borg-skalaens 0-10 skala (Borg, 1988). Der blev taget blodprøver 5 min. efter afslutning af testen, og laktatkoncentrationen blev analyseret (Accutrend, Roche, Tyskland). Laktatkoncentrationen blev anvendt som et kriterium for opnåelse af VO2max (accepterede værdier > 9 mmol/L) (Todd et al., 2017). Forudsagt maksimal hjertefrekvens blev beregnet ved hjælp af Tanakas formel (Tanaka et al., 2001) – da Fox’ formel kan overvurdere HRmax (Nikolaidis, 2015) – og blev anvendt som et kriterium for opnåelse af VO2max (accepterede værdier målt HRmax ≥ 95 % af Tanaka-HRmax).

Statistiske analyser

Statistiske analyser blev udført ved hjælp af IBM SPSS v.20.0 (SPSS, Chicago, IL, USA). Normalitet blev undersøgt ved hjælp af Kolmogorov-Smirnov-test og visuel inspektion af normale Q-Q-plots. Data blev udtrykt som gennemsnit og standardafvigelse (SD). En uafhængig t-test undersøgte kønsforskelle i antropometriske og fysiologiske karakteristika. Envejs variansanalyse med gentagne foranstaltninger (ANOVA) og en efterfølgende Bonferroni post-hoc-test (hvis der var forskelle mellem grupperne) blev anvendt til at undersøge forskellene mellem målt og forudsagt HRmax. Der blev beregnet 95 % konfidensintervaller (CI) for de gennemsnitlige forskelle. For at fortolke ES for statistiske forskelle i ANOVA’en anvendte vi eta kvadratet klassificeret som lille (0,010 < η2 ≤ 0,059), medium (0,059 < η2 ≤ 0,138) og stor (η2 > 0,138) (Cohen, 1988). Bland-Altman-analyse blev anvendt til at undersøge nøjagtigheden og variabiliteten af forudsigelsesligningerne (Bland og Altman, 1986). Sammenhænge mellem målt HRmax og alder blev bestemt ved hjælp af Pearsons produktmomentkorrelationskoefficient (r). Størrelsen af korrelationskoefficienter blev betragtet som triviel, hvis r ≤ 0,10, lille, hvis 0,10 ≤ r < 0,30, moderat, hvis 0,30 ≤ r < 0,50, stor, hvis 0,50 ≤ r < 0,70, meget stor, hvis 0,70 ≤ r < 0,90, næsten perfekt, hvis r ≥ 0,90, og perfekt, hvis r = 1,00 (Batterham og Hopkins, 2006). Desuden brugte vi lineær regression til at modellere forudsigelsen af HRmax ud fra alder i den samlede prøve og i hvert køn. Den lineære regression blev kvalificeret til denne analyse i stedet for ikke-lineær regression, da der er blevet vist minimale forskelle mellem lineære, kvadratiske og polynomiske ligninger (Ozemek et al., 2017). Signifikansniveauet blev sat til α = 0,05.

Resultater

Tabel 1. Beskrivende karakteristika for deltagerne.

FIGUR 1

Figur 1

Figur 1. Forholdet mellem målt maksimal hjertefrekvens og alder.

FIGUR 2

Figur 2. Bland-Altman-plot af den målte maksimale hastighed sammenlignet med Fox’ formel.

FIGUR 3

Figur 3. Bland-Altman-plots af den målte maksimale frekvens sammenlignet med Tanakas formel.

Diskussion

Denne undersøgelse behandlede spørgsmålet om, hvorvidt de almindeligt anvendte aldersbaserede forudsigelsesligninger af HRmax, Fox’ 220-alder eller Tanakas 208-0,7 × alder, er gyldige hos rekreationsmaratonløbere, da ingen undersøgelse tidligere har undersøgt dette emne. Vi antog, at disse ligninger ville overvurdere HRmax i vores prøve på grund af deres forventede lavere HRmax sammenlignet med ikke-atleter (Zavorsky, 2000). De vigtigste resultater var, at (a) Fox-HRmax og Tanaka-HRmax overvurderede HRmax med ~5 bpm hos kvinder, (b) Fox-HRmax undervurderede HRmax med ~3 bpm hos mænd, (c) Tanaka-HRmax svarede til målt-HRmax hos mænd, og (d) hovedvirkningen af vurderingsmetoder på HRmax var større hos kvinder end hos mænd.

Den overvurdering af HRmax hos kvinder ved aldersbaserede forudsagte ligninger var i overensstemmelse med tidligere resultater (Esco et al, 2015). For eksempel gav Fox- og Tanaka-formler signifikant højere estimater med 7-13 bpm sammenlignet med observeret HR max hos kvindelige collegeatleter (Esco et al., 2015). I betragtning af, at valget af vurderingsmetode havde større omfang hos kvinder end hos mænd, er overestimeringen af HRmax hos kvindelige maratonløbere et problem, som fremtidig forskning bør tage fat på og udvikle sportsspecifikke forudsigelsesligninger.

Den overensstemmelse mellem målte og Tanaka observeret hos mandlige maratonløbere var i overensstemmelse med tidligere forskning hos unge fysisk aktive mænd (Barboza et al, 2016), men ikke med en undersøgelse af stillesiddende voksne, der viste, at Fox og Tanaka-HRmax overestimerede HRmax hos stillesiddende voksne med 2-4 bpm (Camarda et al., 2008). Camarda et al. (2008) fandt, at Tanaka-HRmax kun overestimerede HRmax med 1 bpm hos mænd. Tanaka-HRmax gav tættere værdier til HRmax end Fox-HRmax hos overvægtige voksne (Franckowiak et al., 2011) og unge fysisk aktive (Barboza et al., 2016). På den anden side undervurderede Fox-HRmax HRmax hos ældre voksne (Whaley et al., 1992). Hos mandlige voksne undervurderede Tanaka-HRmax HRmax med 5 bpm, mens der ikke var nogen forskel mellem Fox-HRmax og målt-HRmax (Nikolaidis, 2015). Forskellene mellem resultaterne af den foreliggende undersøgelse og resultaterne af tidligere forskning bør tilskrives de kroniske fysiologiske tilpasninger af rekreative maratonløbere til udholdenhedstræning. Zavorsky (2000) fremhævede, at udholdenhedstræning resulterer i et fald i HRmax på grund af extrinsiske/autonomiske (f.eks. plasmavolumenudvidelse) og intrinsiske/ikke-autonomiske faktorer (f.eks. ændring af sinoatrialknodens elektrofysiologi).

Den moderate interaktion mellem køn × vurderingsmetode på HRmax indikerede, at køn bør tages i betragtning ved forudsigelse af HRmax. Kvindelige maratonløbere var yngre med 3,6 år og havde en 4,1 bpm lavere målt HRmax end mænd, hvilket indikerer en relativt lavere HRmax, hvis kønnene var aldersmatchede. Denne observation var i overensstemmelse med en tidligere undersøgelse, der viste forskel i HRmax mellem kønnene (Hakki et al., 1983).

Den målte HRmax er i overensstemmelse med tidligere resultater på aldersmatchede mennesker (Arena et al., 2016); ikke desto mindre var variationen i vores prøve mindre, hvilket bør tilskrives prøvens homogenitet. På den anden side antydede hældningerne af de lineære regressioner, at HRmax falder hurtigere hos mænd end hos kvinder, hvilket var i uoverensstemmelse med en tidligere undersøgelse af raske voksne, der viste den modsatte tendens (Shargal et al., 2015). En forklaring på denne uoverensstemmelse kan være de forskellige prøvers karakteristika (alder og sport).

En begrænsning i den foreliggende undersøgelse var, at den kun fokuserede på forudsigelse af HRmax ud fra alder eksklusive andre parametre, der kan forbedre nøjagtigheden af forudsigelsen. For eksempel anbefalede Barboza et al. (2017) en ligning, der inkluderede alder og HR ved 150 W fremkaldt under en GXT på et cykelergometer hos raske unge voksne mænd. I en anden undersøgelse var træningsform, fitnessniveau, kontinent og alder prædiktorer for HRmax (Londeree og Moeschberger, 1982). Desuden skal man være forsigtig med at generalisere de værdier, der er opnået under GXT i laboratoriet, til andre omgivelser, f.eks. test i marken, træning og konkurrence, da sidstnævnte kan inducere højere værdier (Coutinho et al., 2017). Ikke desto mindre var styrken ved den nuværende undersøgelse dens nyhed, da det var den første, der blev kontaktet på rekreative maratonløbere. I betragtning af det stigende antal af dem, der deltager i maratonløb, er vores resultater af stor praktisk værdi med henblik på testning og træning. På trods af de forskellige indstillinger i laboratorium og felt observerede sammenlignende undersøgelser ingen (Krautgasser et al., 2011; Alemdaroglu et al., 2012) eller praktisk talt ubetydelig forskel (Meyer et al., 2003) i HRmax mellem disse to forhold. Derfor kan resultaterne af den foreliggende undersøgelse anvendes i både laboratorie- og feltmiljøer, f.eks. udendørs løbetræningssessioner. Desuden bør træningsfysiologer, der udfører træningstest, drage fordel af denne viden for at kunne vurdere HR korrekt som kriterium for opnåelse af VO2max.

Konklusioner

Baseret på de foreliggende resultater anbefaler vi yderligere brug af Tanakas formel hos mandlige rekreative maratonløbere med lignende træningsegenskaber som deltagerne i den foreliggende undersøgelse. Desuden bør træningsfysiologer og sportsforskere overveje de observerede forskelle mellem forskellige vurderingsmetoder, når de udfører træningstest eller ordinerer træningsprogram, der er baseret på HR.

Author Contributions

PN udførte laboratorieanalyserne, de statistiske analyser og udarbejdede manuskriptet; TR og BK hjalp med at udarbejde manuskriptet.

Interessekonflikt erklæring

BK var ansat hos Medbase St. Gallen Am Vadianplatz.

De øvrige forfattere erklærer, at forskningen blev udført uden kommercielle eller økonomiske relationer, der kunne opfattes som en potentiel interessekonflikt.

Borg, G. (1988). Borgs skalaer for opfattet anstrengelse og smerte. Champaign, IL: Human Kinetics.

Google Scholar

Cohen, J. (1988). Statistical Power Analysis for the Behavioral Sciences, 2nd Edn. Hillsdale, NJ: Lawrence Erlbaum Associates.

Hakki, A. H., Hare, T. W., og Iskandrian, A. S. (1983). Forudsigelse af maksimal hjertefrekvens hos mænd og kvinder. Cardiovasc. Rev. Rep. 4, 997-999.

O’Connor, P. J. (2007). Overvågning og titrering af symptomer: en videnskabeligt baseret tilgang til at bruge din hjerne til at optimere maratonløbspræstationer. Sports Med. 37, 408-411. doi: 10.2165/00007256-200737040-00035

PubMed Abstract | CrossRef Full Text | Google Scholar

Parizkova, J. (1978). “Lean body mass and depot fat during autogenesis in humans,” in Nutrition, Physical Fitness and Health: International Series on Sport Sciences, eds J. Parizkova and V. Rogozkin (Baltimore: University Park Press), 20.

Zavorsky, G. S. (2000). Bevis og mulige mekanismer for ændret maksimal hjertefrekvens ved udholdenhedstræning og nedtrapning. Sports Med. 29, 13-26. doi: 10.2165/00007256-200029010-00002

PubMed Abstract | CrossRef Full Text | Google Scholar